用于数据中心的各种制冷技术
第59号白皮书
作者TonyEvans
>摘要
简介 2各种排热方式 2制冷系统各种选项 14结论 15资源 16
有13种基本的排热方法可以用于冷却IT设备并将这些废热排至室外大气.本文使用了基本术语与图表阐述这冷循环作为主要的冷却手段.泵循环制冷剂系统将IT 些制冷技术的基本原理.在这些方法中，有11种将制设备与主要的排热系统进行隔离.将直接与间接空气换候适宜的地区具有较好的能效.本文提供的信息使IT 热作为主要制冷手段的方法依赖于室外气候条件，在气人员能够更多地参与可更好地符合IT目标的精确制冷解决方案的制定工作.
数据中心排热是关键IT环境处理中最为基本而又最少为人所了解的内容之一，由于最新的计算设备变得越来越小，而耗电量则与其所替代的设备相同甚至更高，数据中心会有更多的热量 产生.精密制冷和排热设备用于收集热量并将其输送至室外大气中.
简介
资源链接IT环境中制冷和空调术语解释 第11号白皮书
本文解释了旨在将热量从IT环境输送至室外大气中的13种制冷技术及它们的组件.以本文所提供的信息为基础，IT专员能够成功的管理IT环境制冷系统的规格选择，安装和运行.对于本文所使用的各种术语的定义，请参考第11号白皮书《IT环境中制冷和空调术语解释》.
空调机的工作原理
第57号白皮书 资源链接IT设备空调系统的基本原理
第57号白皮书《IT设备空调系统的基本原理》提供了关于IT环境的热学特性，制冷循环的运 行，精密制冷以及室外散热设备基本功能的相关信息.
制冷系统结构
一种制冷架构可以从根本上描述成：
1.一种特定的排热方法2.一种特定的气流分配方案3.为IT设备直接提供冷风的冷却装置的位置
为了提供关于整个数据中心制冷系统的信息，下文将对以上三个基本元素进行简单描述并附有它们所参考的白皮书，
排热排热是本文的主题.
用于IT环境不同类型的气流 分配方案
气流分配
书《用于IT环携不同类型的气流分配方案》描述了用于数据中心与网络机房IT设备冷却的九种 气流分配是制冷系统中非常重要的一部分，因为它大大影响制冷系统的整体性能.第55号白皮基本气流分配方案.
冷却装置的据放位置
本文将冷却装置定义成为IT设备提供冷风的装置.冷却装置有四种基本摆放位置，通常，冷却 装置同其它的散热设备是分离的.有些时候，整个制冷架构是“集装箱式的”并且放置在室外，紧靠数据中心，冷却装置的摆放位置在数据中心设计工程中起到重要的作用，包括总的制冷效 率，IT功率密度（kW/机柜）以及IT机柜空间的使用，参考第130号白皮书《数据中心房间级、行级和机柜级制冷方式的选择》可以获得更多的信息，
制冷方式的选择 数据中心房间级行级和机柜级
各种排热方式
有13种基本的排热方法可以用于冷却IT设备并将这些废热排至室外大气，几乎关键任务机房和数据中心进行冷却都是用这些方法中的一个或者多个，其中一些排热方法将制冷循环的组件迁往远离IT环境的地方，另一些排热方法则增加一些额外的水与其它流体环路（自封闭管道） 来帮助排热，
我们可以认为排热是一个将热量从IT环境“迁移”至室外环境的一个过程.这个“迁移动作”可以简单看成是利用风管将热量“输送”至位于室外环携的制冷系统.然而，这个“迁移动作”成的.图1简化说明了这13种排热方法，利用室内与室外作为两个主要热量“迁移”点.位于 通常是通过使用一个热交换器将热量从一种流体传递到另一种流体（比如从空气传递到水）来完室内与室外两点间的“热传递流体介质”表示的是用于两点之间携带热量的流体（液体或气
体）.注意到在室内或室外可能有不止一次热交换，比如室内采用乙二醇冷却的CRAC（例如机成具有自然冷却运行模式，接下来将详述使用这些方法的系统以及各自的热量传递方式. 房空调机组）时，或室外采用冷水机组时，同样也可以注意到这些系统中的每个系统都可以配置
图113种基本的排热方法示意图
*注意有些情况下冷水机组安装在室内
冷冻水系统
图1的第一行描述的是一个机房空气处理装置（又称为CRAH）与冷水机组的组合，这种组合通常称为冷冻水系统.在冷冻水系统中，制冷循环的组件被从机房空调系统迁移到了如图2所示的 水冷冷水机的设备中.冷水机组的功能是制造冷冻水（水被冷却到大约8-15°℃[46-59°F]）.冷冻水通过管道被泵送至位于IT环境中的机房空气处理装置.机房空气处理装置与机房空调机组 外观上相似，但原理不同，它是通过将来自机房的热空气通过充满循环冷冻水的盘管来进行冷却空气的（排热），来自IT环境的热量随着CRAH中的冷冻水（如今已经变热）流出并返回到冷水机组.然后，冷水机组将变热的冷冻水中的热量传递到另外一侧的冷却水循环中，冷却水将流 经冷却塔.
从图2可以看出，冷却塔是通过将热的冷却水喷酒到位于塔顶的海绵体材料（被称为多孔介质）将来自IT环境的热量排到室外环携中，喷洒出来的冷却水在滴落并流向冷却塔（风扇被用来吸收来自多孔介质的空气以帮助加快水分的蒸发）底部时，将有一部分被蒸发掉，这与人体通过 汗液蒸发来冷却相类似.从冷却塔蒸发掉的那一小部分水可以将剩余的水温度降的更低.被冷却的水将在冷却塔底部被收集起来并通过一个泵组送回到冷却水循环中.
冷却水环路与冷却塔通常不是为了水冷机房空调系统而单独安装.它们通常是更大系统的一部分，用来为自建筑舒适性空调系统（为冷却人员）排热.
图2
水冷冷冻水系统
通过使用水或空气进行排热，可以将冷水机组分成三大类：
水冷式冷水机组，热量被从冷冻水回水传递到冷却水环路并输送到室外大气中.然后，将通过冷却塔进行冷却水的冷却，这是将热量排到室外的最后一步.图2所示的是采用水冷 冷水机组的冷冻水系统，图3所示的是水冷式冷水机组及冷却塔的举例.水冷式冷水机组通常位于室内.
水冷式冷水机组（左侧） 与冷却塔（右侧）举例
乙二醇冷却式冷水机组，从外观看上去与水冷式冷水机组是一样的.乙二醇冷却式冷水机安装在室外的装置，这个装置被称为干冷器，也被称为液体冷却器（见边栏）.风扇迫使 室外空气通过干冷器中充满热的乙二醇的盘管，从而将热量排放到室外大气中去，乙二醇冷却式冷水机组通常也放在室内.
预制化数据中心电源和
风冷式冷水机组，热量被从冷冻水回水传递到一个被称为风冷冷凝器的装置，这个装置通制冷设施模块中.第163号白皮书《集装箱式数据中心电源和制冷模块》讨论了基础设施 模块.图4给出了一个风冷式冷水机组的举例，风冷式冷水机组通常位于室外，
风冷式冷水机组举例
优点
>干式vs.湿式？
有更大的排热容量.随着数据中心容量的增加，冷冻水系统的效率将大大提高.冷冻水管网很容易进行长距离的传输，而且可以利用一个冷冻站服务许多IT机房（或整栋 建筑）.冷冻水系统通过良好的工程设计是极为可靠的.可以运行在自然冷却模式下以提高效率，将系统设计运行在较高水温12-15°C[54-59F]的工况下能够增加自然冷却运行的时间.
干冷器vs.冷凝器？
风冷冷凝器，干冷器以及体冷却器之问的区别是什么呢？这个 术语引起了很多疑问，便很多人感到因感，这里将进行简单的解 释.首先，这三个术语都描述一种热交换器，与汽车散热器类 似，空气被风扇吹过散热器，在情况下，空气（没有水）被 用来冷却流经盘管的体，因此，我们可以说这三种热交 换器都是“干式”，主要区别就在于内部流动的液体的类型.器”内邵的流体都是”乙二 剂” “干冷器”与“体冷却醇”，那么，为什么便用两个 “冷却器”的名称来播述它们呢？这是因为一些热交换器通过往空气流中水来强化换热，比 如蒸发冷却，便用“湿式”蒸发冷却的液体冷却器被称为蒸发液 体冷却器，便用“干式”冷却器用蒸发冷却. 这个术语很明显是由于它没有使
缺点
对于IT负载低于100kW的设施，冷冻水的基建成本通常最高，向IT环境引I人了额外的液体源.
通常用王
在可性要求适中或很高的200kW或更大数据中心内使用，或作为高可用性专用解决方 案使用，水冷式冷水机组通常用来冷却整栋建筑，数据中心可能只是整栋建筑的很小一部分.
泵循环制冷剂式冷冻水系统
图1中的第二行描述的是泵餐环制冷剂热交换器与冷水机组的组合，这个组合通常被称为泵循环制冷剂式冷冻水系统.出于对数据中心环境可用性以及更高功率密度的考虑，促使了泵循环制冷 剂系统的产生，这些系统通常由一组热交换器和泵组成，泵用来将数据中心中的冷却介质与冷冻水进行隔离，然而，该系统还可以隔离其它冷却液体，如乙二醇.
这些泵循环制冷剂式系统通常使用某种形式的制冷剂（R-134A），或其它非导电流体，像氟利系统通过吊顶式制冷单元与冷水机组连接的举例，在冷水机组与热交换器之间管网中的冷冻水吸 昂，这些流体将在泵的作用下在系统中流动，但不使用压缩机，图5所示的是一个泵循环制冷剂收来自泵循环制冷剂中的热量.被冷却的制冷剂将回到制冷单元去吸收更多的热量并再次返回到热交换器中.
